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1、YCF（中职）电子CAD第6单元 工程项目PCB高级设计教学课件第六单元 工程项目PCB高级设计 了解印刷电路板PCB层次概念，熟悉层次设计参数及规则，熟悉印刷电路板PCB层次编辑环境，掌握PCB工作层参数设计和系统管理。进一步掌握PCB手工布局、手工布线的操作方法，理解PCB板上各元器件间正确交互布线的意义。掌握电路板覆铜设计的目的和作用，能进行电路板覆铜的设置和设计操作。了解PCB菲林纸的打印和PCB制板后期处理的一般操作步骤。本单元综合教学目标1进一步掌握印刷线路板板层设置。2熟练进行PCB手工布局操作。3掌握PCB手工布线的一般操作方法。4会进行PCB板敷铜操作。5可以进行PCB菲林纸
2、的打印环境设计（具备条件的）。6可以进行PCB板的制作及后期处理（具备条件的）。岗位技能综合职业素质要求第六单元 工程项目PCB高级设计教学目录项目二项目三 项目四项目一习题实训 单元小结第六单元 工程项目PCB高级设计（1）进一步熟悉PCB工作层的定义及参数设置。（2）掌握PCB工作环境参数的具体设置。项目一 电路板层的设计管理学习目标PCB距离我们有多远？问题导读项目一 电路板层的设计管理（1）PCB单面板，如图6-1-1所示的555门铃电路PCB板，参考第二单元课后习题设计的PCB板。（2）PCB双面板，如图6-1-2 所示的汽车棚门禁PCB主板。（3）多层板，它距离我们最近。例如，电脑
3、主板、内存条等，现在一般都有4层以上。由华硕研发出的最新迷你小主板，堪称艺术品。PCB距离我们有多远？问题导读项目一 电路板层的设计管理知识拓展PCB 的尺寸与层项目一 电路板层的设计管理 PCB的大小要适中，PCB板子过大，则印制导线长，阻抗增加，不仅抗噪声能力下降，成本也高；PCB板子过小，则散热不好，同时易受临近线条干扰。PCB涉及的各种“层”不是虚拟的，而是在印刷板材料本身实实在在存在的各负其责的各个铜箔层。单击“Design”“Board Layers&Colors”菜单命令项，弹出“Board Layers and Colors”（板层和颜色）设置对话框，如图6-1-4所示。知识链
4、接学习Board Layers and Colors设置对话框项目一 电路板层的设计管理图6-1-4“Board Layers and Colors”设置对话框任务一 PCB工作层与管理1首先，新建一个“Do”的工程项目文件，再新建一个PCB文件，命名为“Do.PCBDOC”。2.单击菜单命令“Design”“Layer Stack Manager”菜单项，即可进入如图6-1-5所示的“Layer Stack Manager”对话框。本任务重点涉及双面板及多层板的规划和相关设置。做中学图6-1-5“Layer Stack Manager”对话框 4新增加一电源层操作如下：在图6-1-5所示的“
5、Layer Stack Manager”对话框中，单击“Top Layer”层，然后单击“Add Plane”按钮。5.新增加一个普通信号层：在图6-1-8中，单击“Add Layer”按钮，此时，“Layer Stack Manager”对话框中PCB板层示意图就变成如图6-1-9所示的板层效果。任务一 PCB工作层与管理 3完成设置后，单击OK按钮关闭对话框。做中学任务一 PCB工作层与管理做中学图6-1-8 新增加一个电源层对话框 图6-1-9 新增加一个信号层对话框（1）学会对指定电子元器件的交互布局的操作方法，使PCB板的布局更合理更完美。（2）掌握交互布局的关键操作步骤。（3）学会
6、对指定电子元器件的交互布线的操作方法，使PCB板的布线更合理、更符合特定要求。（4）掌握交互布线的关键操作步骤。项目二 汽车棚门禁PCB交互设计操作学习目标电子元器件实物布局考虑了吗？问题导读项目二 汽车棚门禁PCB交互设计操作知识拓展布局遵循的原则提高篇 首先，根据电子产品设计要求及开发制作成本，充分考虑PCB尺寸。其次，确定特殊元器件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。项目二 汽车棚门禁PCB交互设计操作知识链接混合信号PCB设计 混合信号PCB设计是一个复杂过程，设计时要注意几点：（1）将PCB最大限度分区为独立的模拟和数字电路部分。（2）合理的单元功能电路及元
7、器件布局，实现模拟和数字电源分割布局。（3）注意A/D转换器跨分区放置。（4）不要对地进行分割。在PCB的模拟和数字电路部分下面敷设统一地。（5）在电路板所有层中，数字信号只能在数字部分布线。（6）在电路板所有层中，模拟信号只能在模拟部分布线。（7）布线不能跨越分割电源面之间的间隙。（8）采用正确的布线规则。项目二 汽车棚门禁PCB交互设计操作任务一 汽车棚门禁交互布局操作做中学 现在，已经完成了汽车棚门禁电路设计即“Door.PRJPCB”工程文件，如图6-2-2所示。接下来，我们以汽车棚门禁电路“Door.PCBDOC”设计为例，具体进行晶振电路部分交互布局。图6-2-2 Door.PRJ
8、PCB（1）新建“Door.PRJPCB”工程项目文件，建立“Door.SCHDOC”，并最终完成原理图的检查与修改，各元器件库均已添加。如教材图6-2-3所示。（2）新建“Door.PCBDOC”PCB文件。（3）单击PCB编辑窗口下方的Mechanical 1工作层选项标签，根据坐标绘制一个125mm110mm大小的矩形框作为电路板的物理边界，然后切换到禁止布线层，在物理边界中绘制一个123mm108mm大小的矩形框作为电路板的电气边界。做中学任务一 汽车棚门禁交互布局操作做中学 结果如图6-2-4所示。任务一 汽车棚门禁交互布局操作做中学（4）单击“Place”“Pad”菜单项，进行放置
9、焊盘（作为安装孔，孔径及X/Y-Size为3.3mm）。结果如图6-2-5所示。任务一 汽车棚门禁交互布局操作图6-2-5 放置四个安装孔效果图（5）单击“Door.SCHDOC”文件，返回原理图编辑环境。单击“Design”“Update PCB Document Door.PCBDOC”，系统将弹出如图6-2-6所示的“Engineering Change Order”（设计工程项目变更）对话框。做中学任务一 汽车棚门禁交互布局操作(6)单击 按钮执行验证变更命令，如果系统没有报错，则单击 按钮执行原理图变更，将网络表和元器件载入Door.PCB编辑文件中，执行变更过程对话框如图5-2-7
10、所示。任务一 汽车棚门禁交互布局操作(7)元器件封装和网络表载入到Door.PCB编辑器中的结果，如图5-2-8所示。做中学（8）单击左下角的“Door”的“Room”，并直接按“Del”键将其删除。接下来进行手工交互布局。（9）考虑之前提到单片机晶振电路工作的重要性，先对其进行交互布局操作。将单片机STC90C58RD+、晶振、贴片电容移至电路板中心，如图6-2-9所示任务一 汽车棚门禁交互布局操作图6-2-9 单片机晶振电路部分准备预布局（10）根据单片机芯片的14、15引脚（XTAL1、XTAL2引脚）位置，依次放置Y1晶振、C01、C02，按空格键，改变其元件方向，就近放置在单片机芯片
11、引脚处，如图6-2-10所示。（11）精细布局Y1、C01、C02（有时，肉眼很难分辨）。精确放置结果如图6-2-11所示。做中学任务一 汽车棚门禁交互布局操作（12）按照元器件布局顺序与一般就近原则，将其他元器件手工布局完成，包括文字标注等内容。最终完成的“Door.PCBDOC”电路PCB布局结果如图6-2-12所示。（13）单击“File”“Save All”菜单项，最终保存所有文件。（14）单击“View”“Board in 3D”菜单项，PCB的3D仿真效果如图6-2-13所示。做中学任务一 汽车棚门禁交互布局操作 下面来手工完成汽车棚门禁单片机芯片14、15引脚到晶振的导线连接设计
12、，且锁定。（1）打开汽车棚门禁电路“Door.PRJPCB”工程项目文件，单击打开“Projects”面板下的“Door.PCBDOC”文件。（2）单击“Wiring”工具栏中的 按钮或单击“Place”“Interactive Routing”菜单命令对话框，即可进入放置导线命令状态，此时光标变为十字形状。做中学任务二 汽车棚门禁交互布线操作（3）移动光标到14引脚焊盘上，待光标变为小圆圈时，单击鼠标左键即可确定导线的起点在该脚上。如图6-2-14虚线圈所示。（4）移动光标至Y1的2脚焊盘处，单击鼠标左键即可确定导线的终点，然后单击鼠标右键退出绘制导线命令，导线连接结果如图6-2-15所示。
13、（5）同理完成15引脚到Y1第1引脚的导线连接。结果如图6-2-16所示。做中学任务二 汽车棚门禁交互布线操作（6）双击14引脚与Y1第2引脚的导线，打开“Track”对话框，选择“Locked”复选框，完成导线锁定操作，对话框如图6-2-17所示。（7）同理完成15引脚到Y1第1引脚的导线锁定。（8）完成导线规则设置。做中学任务二 汽车棚门禁交互布线操作图6-2-17 锁定14引脚到Y1第2引脚的导线对话框（9）依次单击打开左侧目录树结构中“Routing（布线）”“Width”Width选项，在“Preferred Width”（典型宽度）栏填入“0.254mm”，在“Max Width”
14、（最大宽度）栏填入2.0mm，结果如图6-2-18所示。可以单击“Apply”按钮，立即使设置生效。做中学任务二 汽车棚门禁交互布线操作图6-2-17 锁定14引脚到Y1第2引脚的导线对话框（10）接下来，其余导线全部自动布线，单击“Auto Route”“all”菜单项，单击按钮，进行自动布线，结果如图6-2-19所示。做中学任务二 汽车棚门禁交互布线操作图6-2-19 汽车棚门禁电路PCB自动布线结果（1）熟悉敷铜参数设置方法。（2）掌握PCB敷铜具体操作步骤，能进行合理的包地操作。学习目标项目三 汽车棚门禁电路板的敷铜设计PCB 敷铜设计这一步可以省略吗？问题导读 简单电子产品PCB板敷
15、铜设计过程可以省略。但是，随着电子产品设计的“水涨船高”，PCB整体设计尤其是在PCB的设计过程中，为了提高系统的抗干扰能力和考虑通过大电流等因素，通常需要放置大面积的电源和接地区域，电路板敷铜设计就显得非常必要了。项目三 汽车棚门禁电路板的敷铜设计填充没商量知识拓展 如图6-3-1所示是汽车棚门禁电路PCB 底层敷铜面板效果图。主板电路有RFID模块控制部分电路，需要很好的无线信号传输保证，提高系统的抗干扰能力，电路左边整个区域很明显要加上敷铜设计。图6-3-1 汽车棚门禁PCB主板（底面）敷铜效果图项目三 汽车棚门禁电路板的敷铜设计换个角度更美知识链接 在PCB编辑状态下，按快捷组合键“P
16、+G”，弹出“Polygon Pour”（敷铜）对话框，可以进行敷铜的放置与属性编辑，如图6-3-2所示。项目三 汽车棚门禁电路板的敷铜设计图6-3-2 Polygon Pour（敷铜）对话框换个角度更美知识链接 在该对话框中，可以选择的“Fill Mode”（填充模式）有三种：Solid实心填充（铜区）、Hatched阴影线化填充（导线/弧）及None无填充（只有边框）。项目三 汽车棚门禁电路板的敷铜设计任务一 汽车棚门禁PCB敷铜参数设置做中学（1）打开汽车棚门禁电路“Door.PRJPCB”工程项目文件，双击打开Projects面板下的“Door.PCBDOC”文件。（2）单击“Tool
17、s”“Un-Route”“Net”菜单项，此时光标变成十字状态，将光标移至任意一段地线（连接GND导线）上，如图6-3-4所示。下面结合汽车棚门禁电路工程项目设计，进行对电路地线的敷铜操作。任务一 汽车棚门禁PCB敷铜参数设置做中学（3）单击左键即可完成删除所有地线网络的布线，此时汽车棚门禁电路PCB图变成如图6-3-5所示效果，自动布线的地线没了，变回飞线状态。任务一 汽车棚门禁PCB敷铜参数设置做中学（4）单击“Design”“Rules”菜单项，进入电路板设计规则设置对话框，如下图所示。任务一 汽车棚门禁PCB敷铜参数设置做中学（5）单击打开左侧目录树结构中“Power Plane Cl
18、earance”“PlaneClearance”设置规则选项，将安全间距设置为0.5mm，如图6-3-7所示。任务二 汽车棚门禁PCB敷铜操作做中学（1）单击“Place”“Polygon Pour”，弹出“Polygon Pour”（敷铜）对话框，设置敷铜相关参数，如图6-3-8所示。图6-3-8 设置“Polygon Pour”对话框做中学（2）设置好敷铜的属性后，鼠标变成十字光标状，将鼠标移动到“Keep-out Layer”（禁止布线层）其中任意一个角的内侧位置，单击鼠标确定放置敷铜的起始位置。再移动鼠标依次到另外三个角的内侧位置单击，确定敷铜范围（矩形封闭区域），即选中整个电路板。（
19、3）敷铜区域选择好后，右击鼠标退出放置敷铜状态，系统自动运行敷铜并显示敷铜结果，如图6-3-9所示。（4）同步骤2、3，进行“Top Layer”同样敷铜操作，结果如图6-3-10所示。任务二 汽车棚门禁PCB敷铜操作做中学任务二 汽车棚门禁PCB敷铜操作（1）单击“Place”“Polygon Pour”菜单命项或按快捷组合键“P+G”，弹出“Polygon Pour”（敷铜）对话框，设置敷铜相关参数，如图6-3-8所示。图6-3-8 设置“Polygon Pour”对话框做中学任务二 汽车棚门禁PCB敷铜操作（2）设置好敷铜的属性后，鼠标变成十字光标状，将鼠标移动到“Keep-out La
20、yer”（禁止布线层）其中任意一个角的内侧位置，单击鼠标确定放置敷铜的起始位置。再移动鼠标依次到另外三个角的内侧位置单击，确定敷铜范围（矩形封闭区域），即选中整个电路板。（3）敷铜区域选择好后，右击鼠标退出放置敷铜状态，系统自动运行敷铜并显示敷铜结果，如图6-3-9所示。做中学任务二 汽车棚门禁PCB敷铜操作（4）同步骤2、3，进行“Top Layer”同样敷铜操作，结果如图6-3-10所示。（1）学会PCB菲林纸打印输出。（2）熟悉PCB制板的后期主要处理工作。学习目标项目四 印制电路板的制作及后期处理2 分钟能做什么？问题导读（a）绘制原理图（b）制作生成PCB（c）打印输出（菲林纸）（d
21、）印制完成（e）PCB腐蚀（f）电子装配图6-4-1 PCB制作流程 项目四 印制电路板的制作及后期处理知识拓展20 分钟能做什么？（一）图形设计输出3分钟（二）选板裁定2分钟图6-4-2 取出的光印板项目四 印制电路板的制作及后期处理 图6-4-3 STR-FII环保型快速制板系统图6-4-4 透明塑料操作区（三）快速制板15分钟（这里以STR-FII环保型快速制板系统做说明）项目四 印制电路板的制作及后期处理200分钟能做什么？知识链接项目四 印制电路板的制作及后期处理任务一 PCB菲林纸的打印做中学 打印菲林纸是整个电路板制作过程中至关重要的一步，建议用激光打印机打印，以确保打印高质量。
22、1修改准备好PCB图。在PCB图的顶层和底层分别画上边框，边框尺寸、位置要求即上下层边框重合起来，以替代原来禁止布线层的边框，确保曝光时上下层能对准。任务一 PCB菲林纸的打印做中学 2打印设置。顶层设置窗口如图6-4-5所示。图6-4-5 顶层设置窗口任务一 PCB菲林纸的打印做中学3将PCB图顶层、底层分别打印输出。图6-4-6 打印好的一张菲林纸任务二 PCB制板后期处理操作做中学 1曝光操作图6-4-7 图6-4-8 菲林纸打印好以后，接下来准备进行曝光操作。以用STR-FII环保型快速制板系统进行曝光工艺，操作简便，而且曝光时间极短。任务二 PCB制板后期处理操作图6-4-7 打开电
23、源开关，显示屏出现功能字幕图6-4-8 曝光结束，解除真空，取出已曝光好的光印板 做中学 任务二 PCB制板后期处理操作2显影、蚀刻前的准备 3显影操作图6-4-11 线路板放入显影机 图6-4-12 线路板显影4蚀刻操作 图6-4-13 光印板蚀刻完成结果 5防镀操作 把防镀剂均匀地涂到双面板上，反复34次，放在通风处风干，如图6-4-15（a）、（b）所示。任务二 PCB制板后期处理操作（a）涂防镀剂（b）风干后 图6-4-15 防镀操作做中学图6-4-16 进行钻孔任务二 PCB制板后期处理操作做中学 6钻孔操作 双面板风干后，根据要求选择不同孔径大小的钻头进行钻孔，如图6-4-16所示
24、。请勿必使用钨钢钻针，一般碳钢针会造成孔内发黑，且镀通品质极为不良。7过孔前处理 完全严格按照操作手册规程进行操作即可。1熟练掌握印刷线路板板层选项设置。2熟练掌握PCB手工布局、布线操作。3能进行合理的PCB板敷铜设置与操作。4能正确设置打印环境并输出PCB菲林纸（具备条件的）。5能独立进行PCB板的制作及后期处理（具备条件的）。一、填空题1在印刷板材料本身实实在在存在的各负其责的各个铜箔称之为_。2为方便电子元器件的安装和电路的维修，在PCB上下两表面印刷上所需要的标志图案和文字代号称为_层。3Protel 有_个信号层，有_个内电层。4单击_菜单下的Full Circle（整圆法）菜单命
25、令，进入放置圆弧即安装孔状态。5常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说1/3），就称为_ _。6单击PlaceInteractive Routing菜单命令对话框，即可进入放置_命令状态，此时光标变为十字形状。二、选择题1下面选项表示信号层的是。（）A.Mechanical Layer B.Silkscreen C.Signal Layer D.Internal Layer2设计PCB板尺寸的当前层为。（）A.Mechanical 1 B.Silkscreen C.Signal Layer D.Inte
26、rnal Layer3少于100个元器件自动布局设置选项为。（）A.Statistical Placer B.Cluster Placer C.Signal Layer D.Internal Layer三、判断题1Auto Route（自动布线）菜单中Net命令项表示对指定的网络进行自动布线。（）2布线设置时尽量加宽电源、地线宽度，最好是电源线比地线宽，它们的关系是：地线电源线。（）3通常的PCB电路设计中，为了提高电路板的抗干扰能力，在电路板上没有布线的空白区间铺满铜膜。（）四、简答题1PCB板上敷铜的作用是什么？2Protel 的Polygon Pour（敷铜）对话框通常有 哪几种模式？3
27、PCB板后期制作主要包括哪些操作过程？五、实训操作 实训一 设置五层电路板 1实训任务 按要求完成五层电路板设置。2任务目标 3实训操作 图6-1 PCB敷铜效果图图6-2 3D仿真效果图实训二 汽车倒车数码雷达PCB板的敷铜设计 1实训任务 2任务目标 3PCB准备 4实训操作 最终完成设计的汽车倒车数码雷达PCB敷铜参考如图5-3所示，3D仿真参考如图5-4所示。实训三 模拟两路循环彩色信号灯敷铜设计 1实训任务 2设置要求（重点参考）图6-4 LS7812封装参考信息实训四 绘图员职业资格认证模拟考试（电路PCB设计）1实训任务 按要求完成印刷电路板设计（满分25分）。2设计要求绘图员职业资格（电路PCB设计部分)模拟考试评价表